Linux系统启动(银河麒麟)

Linux系统一般有4个主要部分：

内核、shell、文件系统、应用程序

KERNEL 内核：负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。

SHELL：系统的用户界面，提供了用户与操作系统进行交互操作的一种接口，是一个命令解释器

FILESYSTEMS 文件系统：简称FS，用于管理数据的存储和检索，常见的FS格式有，ext3、ext4、ntfs、fat、xfs、btrfs

应用程序： USER APP、PROGRAMS、UTILITIES、TOOLS

Linux系统启动的几个重要阶段

1.BIOS：基本输入输出系统,硬件主板固件

2.GRUB ：引导程序,主要引导内核启动

3.Kernel : 内核

4.Initrd：虚拟根文件系统，启动中的跳板

5.systemd：系统init进程，初始化系统

6.lightdm：负责显示管理

BIOS（Basic Input Output System）：基本输入输出系统。BIOS都存放在ROM中，通过烧录的方式烧录进ROM，其中的内容只能读不能改。BIOS的更新指重新烧录BIOS的内存。

•上电自检：（POST：Power-On-Self-Test）是BIOS功能的一个主要部分。它负责完成对CPU、主板、内存、软硬盘子系统、显示子系统、串并行接口、键盘、CD-ROM光驱等的检测。当计算机上的某一个硬件出现问题时，BIOS阶段就会报错，无法启动系统。

•Boot Squence：在完成POST自检后，BIOS将按照系统中设置启动顺序搜寻软硬盘驱动器及CDROM、网络服务器等有效的启动驱动器，继续读入操作系统的GRUB引导，将系统控制权交给GRUB引导。

系统启动流程—BIOS

GRUB是GRand Unified Bootloader的缩写，它是一个多重操作系统启动管理器。用来引导不同系统，如windows，linux。

•主要流程：解析GRUB程序的配置文件grub.conf，并依配置文件决定是否显示系统启动菜单。然后加载内核和initrd文件至内存中，而后把系统控制权交给内核。

•grub需要引导分区（boot），boot分区会存放内核镜像（vmlinuz）,initrd镜像（initrd.img）,grub配置文件（grub.cfg）

grub菜单

grub第二个选项的子菜单

按e进入编辑模式，ctrl+x或者F10进入系统引导

grub的启动配置文件（/boot/grub/grub.cfg），相关参数：

•boot分区： set root='hd0,msdos1'

hd0 中的 0 代表第 1 块硬盘，msdos1 中的 1 代表硬盘的第 1 个分区

•linux : 加载内核vmlinux和内核参数

•initrd : 加载initrd.img

•启动参数： root=UUID=e78cf7f9-b..... (rootfs主系统地址）

quiet (等价于loglevel=4),日志参数

splash启动屏幕显示动画

security 麒麟系统安全功能

一、简介：

内核（Kernel）：负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统

内核是image镜像文件，版本号为：5.4.18-32，体系结构为X86

二、微内核Microkernel 与宏内核Monolithic Kernel

•宏内核（集成式内核、单体式内核）：运行在单一地址空间的单一的进程。内核提供的所有服务，都以特权模式在内核地址空间中运作，这个地址空间被称为内核态（kernel space）

•微内核：将系统服务的实现与系统的基本操作规则区分开来。将核心功能模块化，划分成几个独立的进程，各自运行。所有的服务进程，都运行在不同的地址空间。

vmlinuz启动：

•初始化系统中各种设备的相关配置工作，其中包括CPU、I/O、存储设备等

•解压Initrd,调用虚拟根文件系统的init脚本。

•创建内核态kernel_init进程，等待initrd调用执行用户态的init进程

一、简介

initrd(Initial RAM Disk)：在grub阶段被拷贝到了内存中，在内核中被解压，是一个临时的虚拟根文件系统。

•initrd(Initial RAM Disk)与initramfs(Init Ram filesystem)区别在于initrd将磁盘作为虚拟根文件系统，而initramfs将内存直接作为虚拟根文件系统。Linux2.6以后，均是以内存作为虚拟根文件系统，只是Initrd的名称被保留了下来。

•initrd.img是cpio格式的压缩文件，解压缩后会得到cpio格式的文件。

二、作用

内核为了精简，只保留了最基本的模块，并没有各种硬件的驱动程序，而initrd虚拟根文件系统装载了必要的驱动模块。当Kernel启动时，内核从initrd中装载必要的驱动模块，完成硬件的初始化。直到挂载真正的rootfs主系统，将控制权转交给rootfs主系统。

initramfs系统：（grub参数中加上”break=init，console=tty1”可在屏幕上显示。如下图）

内容：init脚本文件，必要驱动模块，基本的依赖库

•init脚本文件：

•驱动模块：显卡模块等

•依赖库：

initrd文件中init脚本(/usr/share/initramfs-tools/init)的主要启动流程：

•挂载虚拟根文件系统/proc，/sys， /dev， /dev/pts

•init-top阶段：加载内核驱动，udev事件处理。

•init-bottom阶段：运行安全脚本，plymouth动画显示

•init阶段：跳转到真正的rootfs主系统，执行一号init进程，即systemd

Plymouth 提供美化启动图形界面的功能，它依靠内核设置显示器的原始分辨率，显示开关机动画。在系统开机、关机过程中生效，主要用于遮盖枯燥的系统log输出及后台流程，提升用户体验。

• Plymouth包括：客户端plymouth和服务端plymouthd

Linux下有三个特殊进程：

•idle进程（pid=0）

idle进程其前身是系统创建的第一个进程，0号进程，也唯一一个没有通过fork或者kernel_thread产生的进程，由系统自动创建，运行在内核态。0号进程在创建了init进程后，演变成为idle进程。

•init进程（pid=1）

init进程由0号进程创建。内核态调用用户态init程序，从而进入用户空间。init进程继续完成系统的初始化，是第一个用户进程，也是其他所有用户进程的父进程。

•kthreadd进程（pid=2）

kthreadd进程由idle通过kernel_thread创建，始终运行在内核空间，负责内核进程的调度和管理

用户态/sbin/init进程与systemd的关系

一、简介：

systemd（system daemon）：是一个 Linux 系统基础组件的集合，提供了系统和服务管理。是运行为 PID 1的进程并负责启动其它进程。

内核初始化的最后一步就是启动 PID 为 1 的 init 进程。这个进程是系统的第一个进程。它负责产生其他所有的用户进程。init进程以守护进程(也就是服务)的方式存在，是所有其他进程的祖先。它负责组织和运行许多独立的或相关的初始化工作，如启动网络、声音、显示等等。从而让计算机系统进入某种用户预定义的运行模式，比如命令行模式或图形界面模式。

二、systemd的功能：

•提供按需启动能力：某个服务被真正请求的时候才启动它。

•跟踪和管理进程的生命周期：当进程创建子进程时，子进程会继承父进程的资源。当停止进程时，systemd 可以确保找到所有的相关进程。

•启动挂载点和自动挂载的管理：确保挂载点在系统启动过程中被挂载。

•实现事务性依赖关系管理：系统启动过程是由很多的独立工作共同组成的，保证所有相关的服务都可以正常启动而不会出现互相依赖，以至于死锁的情况。

•日志服务：systemd 自带日志服务 journald，用二进制格式保存所有日志信息，用户使用 journalctl 命令来查看日志信息。

lightdm(Light Display Manager):是一个全新的、轻量的Linux桌面的桌面显示管理器

display-manager.service是lightdm.service的软连接

systemd将系统启动和运行相关的对象，表示为各种不同类型的单元。并用target进行进行逻辑分组（依赖关系和顺序关系）

•sysinit.target：为系统运行环境做初始化

•basic.target：在环境初始化完成后执行一些基本任务

•default.target ：default.target是一个软链接，链接到不同的target表示进入不同的运行级别。图形终端的graphical.target和多用户字符终端multi-user.target

•Xorg：负责屏幕的绘制

•lightdm-greeter: lightdm子进程，专门创建ukui-greeter

•ukui-greeter：登录界面进程

•ukui-session：桌面环境管理器

ukui-panel:桌面任务栏

ukui-menu:桌面菜单

ukui-kwin-*:桌面窗口管理器

进程是操作系统资源调度的基本单位，线程是任务的调度执行的基本单位

简单理解：进程是程序运行的过程，线程是程序运行中进行的任务

•查看进程：

•查看进程中的线程：

线程具有许多传统进程所具有的特征，故又称为轻型进程(Light—Weight Process)或进程元；而把传统的进程称为重型进程(Heavy—Weight Process)，它相当于只有一个线程的任务。在引入了线程的操作系统中，通常一个进程都有若干个线程，至少包含一个线程。

•资源开销：每个进程都有独立的代码和数据空间，程序之间的切换会有较大的开销；线程可以看做轻量级的进程，同一类线程共享代码和数据空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器（PC），线程之间切换的开销小。

•包含关系：如果一个进程内有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线（线程）共同完成的；线程是进程的一部分，所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。

•内存分配：同一进程的线程共享本进程的地址空间和资源，而进程之间的地址空间和资源是相互独立的

•影响关系：一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。

•执行过程：每个独立的进程有程序运行的入口、顺序执行序列和程序出口。但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制，两者均可并发执行

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